高中物理选修3-3知识点总结

物理选修3-3知识点汇总一、宏观量与微观量及相互关系微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vm，物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ.1.分子的大小：分子直径数量级：m.2．油膜法测分子直径：d＝eq\f(V,S)单分子油膜，V是油滴的体积，S是水面上形成的 单分子油膜的面积．3.宏观量与微观量及相互关系(1)分子数 N＝nNA＝eq\f(m,M)NA4.宏观量与微观量及相互关系(2)分子质量的估算方法：每个分子的质量为：m0＝eq\f(M,NA)（3）分子体积（所占空间）的估算方法：V0＝eq\f(Vm,NA)＝eq\f(M,ρNA)其中ρ是液体或固体的密度(4)分子直径的估算方法：把固体、液体分子看成球形，则V0＝eq\f(1,6)πd3.分子直径d＝eq\r(3,\f(6V0,π))；把固体、液体分子看成立方体，则d＝eq\r(3,V0).5.气体分子微观量的估算方法(1)摩尔数n＝eq\f(V,22.4)，V为气体在标况下的体积．（标况是指0摄氏度、一个标准大气压的条件，V的单位为升L，如果）注意：同质量的同一气体，在不同状态下的体积有很大差别，不像液体、固体体积差别不大，所以求气体分子间的距离应说明实际状态．二、分子的热运动1．扩散现象和布朗运动：扩散现象和布朗运动都说明分子做无规则运动．(1)扩散现象：不同物质相互接触时彼此进入对方的现象．温度越高，扩散越快．(2)布朗运动：a.定义：悬浮在液体中的小颗粒所做的无规则运动．b．特点：永不停息；无规则运动；颗粒越小，运动越剧烈 ；温度越高，运动越 剧烈 ；运动轨迹不确定；肉眼看不到．c．产生的原因：由各个方向的液体分子对微粒碰撞的不平衡引起的．d．布朗颗粒：布朗颗粒用肉眼直接看不到，但在显微镜下能看到，因此用肉眼看到的颗粒所做的运动不能叫做布朗运动．布朗颗粒大小约为10－6m(包含约1021个分子)，而分子直径约为10－10m．布朗颗粒的运动是分子热运动的间接反映。2．热运动：(1)定义： 分子永不停息的无规则运动．(2)特点：温度越高，分子的热运动 剧烈 ．说明：(1)布朗运动不是固体分子的运动，也不是液体分子的运动，而是小颗粒的运动，是液体分子无规则运动的间接反映，是微观分子热运动造成的宏观现象．(2)布朗运动只能发生在气体、液体中，而扩散现象在气体、液体、固体之间均可发生．三、分子间的作用力、内能1．分子间的相互作用力(1)分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离增大而 减小，随分子间距离减小而 增大．但斥力的变化比引力的变化快．实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力(2)分子间的作用力与分子间距离的关系a.当r＝r0时，引力和斥力相等，分子力 F=0 ，此时分子所处的位置为平衡位置．r0的数量级为10－10m.b.当r＜r0时，斥力大于引力，分子力F表现为斥力．c.当r＞r0时，引力大于斥力，分子力F表现为引力．当分子间距离r大于10－9m时，分子力可以忽略不计．2．分子动能(1)定义：做热运动的分子具有的动能叫分子动能．(2)分子的平均动能：组成系统的所有分子的动能的平均值叫做分子热运动的平均动能．(3)温度是分子热运动的平均动能的标志，温度越高，分子热运动的 平均动能越大3．分子势能分子势能是由分子间的相互作用和分子间相对位置而决定的势能，分子势能的大小与物体的 体积有关．它与分子间距离的关系为：(1)当r＞r0时，分子力表现为引力，随着r的增大，分子引力做负功，分子势能增加；(2)当r＜r0时，分子力表现为斥力，随着r的减小，分子斥力做负功，分子势能增加；(3)当r＝r0时，分子势能最小，但不为零，为负值，因为选两分子相距无穷远时分子势能为零．(4)分子势能曲线如图所示．4．物体的内能(1)定义：物体中所有分子的 动能 和 势能 的总和叫物体的内能．(2)决定内能的因素a．微观上：分子动能、分子势能、 分子个数 ．b．宏观上：温度体积、物质的量(摩尔数)．(3)改变物体的内能的两种方式a．做功：当做功使物体的内能发生改变的时候，外界对物体做了多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做了多少功，物体的内能就 减少多少．b．热传递：热传递可以改变物体的内能，用热量量度．物体吸收了多少热量，物体的内能就 增加多少；反之物体的内能就减少多少．四、温度和温标1.温度：温度在宏观上表示物体的 冷热程度；在微观上表示分子的平均动能2.两种温标(1)比较摄氏温标和热力学温标：两种温标温度的零点不同，同一温度两种温标表示的数值不同，但它们表示的温度间隔是相同的，即每一度的大小相同，Δt＝ΔT(2)关系：T＝ t＋273.15K.五、热力学定律与能量守恒定律1.能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在能的转化或转移过程中其总量不变．2.热力学定律(1)热力学第一定律A．在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔU，即： ΔU＝Q＋WB．应用热力学第一定律时，必须掌握好它的符号法则．a．功：W＞0，外界对系统做功 ；W＜0，表示 系统对外界做功 b．热量：Q＞0，表示系统 吸热 ；Q＜0，表示系统 放热 ．c．内能增量：ΔU＞0，表示内能增加；ΔU＜0，表示内能减少(2)热力学第二定律A．两种表述：表述一(按照传导方向)：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．表述二(按照机械能与内能转化方向)：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响．实质：热现象的宏观过程都具有方向性5.两类永动机均不能制成.第九章一、固体1．晶体与非晶体(1)物理性质：有些晶体在物理性质上表现为各向异性，非晶体的物理性质表现为各向同性 ．(2)熔点：晶体具有一定的熔化温度，非晶体没有一定的熔化温度．2．单晶体与多晶体(1)单晶体整个物体就是一个晶体，具有天然的有规则的几何形状，物理性质表现为各向异性；而多晶体是由许许多多的细小的晶体(单晶体)集合而成，没有天然的规则的几何形状，物理性质表现为各向同性．(2)熔点：单晶体和多晶体都有一定的熔化温度．晶体与非晶体的比较说明：(1)只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体．(2)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体．(3)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化．(4)金属是多晶体，所以它是各向同性的．3．晶体的微观结构(1)晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列．(2)用晶体的微观结构解释晶体的特点．晶体有天然的规则几何形状是由于内部微粒有规则 地排列．晶体表现为各向异性是由于从内部任何一点出发，在不同方向上相等距离内微粒数 不同 .晶体的多型性是由于组成晶体的微粒不同的空间排列形成的．二、液体(1)微观上：液体分子间距离比气体分子间距离小得多，液体分子间的作用力比固体分子间的作用力 小；液体内部分子间的距离在10－10m左右．(2)液体的表面张力a．作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．b．方向：表面张力跟液面 相切 ，跟这部分液面的分界线垂直c．大小：液体的温度越高，表面张力越小，液体中溶有杂质时，表面张力变小，液体的密度越大，表面张力越大．三、液晶(1)物理性质a．具有液体的流动性；b．具有晶体的光学各向异性；c．从某个方向上看其分子排列比较整齐，而从另一方向看则是杂乱无章的．(2)应用a．利用液晶上加电压时，旋光特性消失，实现显示功能，如电子手表、计算器、微电脑等．b．利用温度改变时，液晶颜色会发生改变的性质来测温度．四、饱和汽与饱和汽压1．动态平衡：在单位时间内，由液面蒸发出去的分子数等于回到液体中的分子数，液体与气体之间达到了平衡状态，这种平衡是一种动态平衡．2．饱和汽：在密闭容器中的液体不断地蒸发，液面上的蒸汽也不断地凝结，蒸发和凝结达到动态平衡时，液面上的蒸汽为饱和汽．3．未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽．4．饱和汽压：在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压强叫做这种液体的饱和汽压．5．饱和汽压随温度的升高而增大．饱和汽压与蒸汽所占的体积无关，也和蒸汽体积中有无其他气体无关．五、空气的湿度1．绝对湿度和相对湿度(1)绝对湿度：用空气中所含水蒸气的压强来表示的湿度．(2)相对湿度：空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比．2．常用湿度计干湿泡湿度计、毛发湿度计、传感器湿度计．六、气体1.气体分子运动的特点(1)气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍，气体分子之间的作用力十分微弱，可以忽略不计．(2)气体分子的速率分布，呈现出“中间多、两头少”的统计分布规律．(3)气体分子向各个方向运动的机会均等．(4)温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，速率的平均值也是确定的．温度升高，气体分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大．(4)几种常见情况的压强计算A．平衡状态下液体封闭的气体压强的确定a．平衡法：选与气体接触的液柱为研究对象进行受力分析，利用它的受力平衡，求出气体的压强．b．取等压面法：根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面，由两侧压强相等建立方程求出压强.液体内部深度为h处的总压强为P＝P0＋ρgh.B．平衡状态下固体(活塞或气缸)封闭的气体压强的确定：由于该固体必定受到被封闭气体的压力，所以可通过对该固体进行受力分析由平衡条件建立方程，来找出气体压强与其他各力的关系．C．加速运动系统中封闭气体压强的计算方法：一般选与气体接触的液柱或活塞为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解．说明：(1)封闭气体对器壁的压强处处相等．(2)同种液体，如果中间间断，那么同一深度处压强不相等．(3)求解液体内部深度为h处的总压强时，不要忘记液面上方气体的压强．(4)注意区别封闭气体的压强和大气压强．大气压强是由于空气受重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强．3.气体的三个实验定律及其微观解释(1)玻意耳定律内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比．数学表达式：P1V1＝P2V2或PV＝C(常数)．微观解释：一定质量的某种理想气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大，反之亦然，所以气体的压强与体积成反比．(2)查理定律内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下压强p与热力学温度T成正比．数学表达式：eq\f(P1,T1)＝eq\f(P2,T2)或eq\f(P,T)＝C(常数)．(3)盖吕萨克定律内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比．数学表达式：eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)或eq\f(V,T)＝C(常数)．微观解释：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度不变，在这种情况下，当温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大．七、理想气体状态方程1．理想气体(1)宏观上讲，理想气体是指在任何温度、任何压强下都遵从 气体实验定律的气体．实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体．(2)微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子间的碰撞看成是弹性碰撞．分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间．无分子势能，内能只与温度有关．2．理想气体的状态方程(1)内容： 一定质量的某种理想气体发生状态变化时，压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变．(2)公式：eq\f(P1V1,T1)＝eq\f(P2V2,T2)或eq\f(PV,T)＝C(C是与p、V、T无关的常量)．说明：(1)理想气体是一种理想化模型，实际气体在温度不太低、压强不太大时可以看做理想气体．(2)一定质量的理想气体的状态方程给出了两个状态间的联系，并不涉及状态变化的具体方式.2．一定质量的气体不同图象的比较例2如图所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S.现用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强p.(已知外界大气压为p0)[分析]选与气体相接触的活塞为研究对象，进行受力分析，再利用牛顿第二定律列方程求解．练习1：如图所示，一汽缸竖直倒放，汽缸内有一质量不可忽略的活塞，将一定质量的理想气体封在汽缸内，活塞与汽缸壁无摩擦，气体处于平衡状态，现保持温度不变把汽缸稍微倾斜一点，在达到平衡后与原来相比，则()A．气体的压强变大B．气体的压强变小C．气体的体积变大D．气体的体积变小[答案]AD例3(2009·全国Ⅰ，14)下列说法正确的是()A．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力B．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量C．气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小D．单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大[解析]气体对器壁的压强是由于大量气体分子对器壁的碰撞形成的，是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力，也可以理解为大量气体分子单位时间作用在器壁单位面积上的冲量，所以选项A对、B错误．气体分子的热运动的平均动能减小，说明气体的温度降低，但由于不知气体的体积变化情况，所以也就无法判断气体的压强是增大还是减小，故选项C错误．气体的压强不但与单位体积内的分子数有关，还与气体分子热运动的平均速率有关，即与气体的温度有关，故选项D错误.[答案]A例4已知地球半径约为6.4×106m，空气的摩尔质量约为29×10－3kg/mol，一个标准大气压约为1.0×105Pa.利用以上数据可估算出地球表面大气在标准状况下的体积为()A.4×1016m3 B.4×1018m3C.4×1020m3 D.4×1022m3[答案]B例5(2010·福建卷，28)(1)1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来有许多实验验证了这一规律．若以横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比．下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是________．(填选项前的字母)(2)如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体________．(填选项前的字母)A．温度升高，压强增大，内能减少B．温度降低，压强增大，内能减少C．温度升高，压强增大，内能增加D．温度降低，压强减小，内能增加[答案](1)D(2)CA．弯管左管内外水银面的高度差为hB．若把弯管向上移动少许，则管内气体体积增大C．若把弯管向下移动少许，右管内的水银柱沿管壁上升D．若环境温度升高，右管内的水银柱沿管壁上升[答案]ACD例6(2010·江苏卷)(1)为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体．下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是________．(2)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24kJ的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5kJ的热量．在上述两个过程中，空气的内能共减小________kJ，空气________(选填?°吸收?±或?°放出?±)热量．(3)已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/m3和2.1kg/m3，空气的摩尔质量为0.029kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1.若潜水员呼吸一次吸入2L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数．(结果保留一位有效数字)[答案](1)B(2)5放出(3)3×1022例7(2010·海南物理，17)下列说法正确的是()A.当一定质量的气体吸热时，其内能可能减小B.玻璃、石墨和金刚石都是晶体，木炭是非晶体C.单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点D.当液体与大气相接触时，液体表面层内的分子所受其它分子作用力的合力总是指向液体内部E.气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关[解析]一定质量的气体吸热时，如果同时对外做功，且做的功大于吸收的热量，则内能减小，A正确；玻璃是非晶体，B错；多晶体也有固定的熔点，C错；液体表面层内的分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子间表现为引力，因此分子力的合力指向液体内部，D正确；气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，决定气体的压强，因此与单位体积内分子数和气体的温度有关，E对．[答案]ADE例1(2009·北京)做布朗运动实验，得 到某个观测记录如图．图中记录的是()A．分子无规则运动的情况B．某个微粒做布朗运动的轨迹C．某个微粒做布朗运动的速度——时间图线D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线[解析]布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，而非分子的运动，故A项错误；既然无规则所以微粒没有固定的运动轨迹，故B项错误，对于某个微粒而言在不同时刻的速度大小和方向均是不确定的，所以无法确定其在某一个时刻的速度，故也就无法描绘其速度－时间图线，故C项错误；故只有D项正确．[答案]D例2若以μ表示水的摩尔质量，v表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、v0表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式：(1)NA＝vρ/m(2)ρ＝μ/(NAv0)(3)m＝μ/NA(4)v0＝v/NA其中()A.(1)和(2)都是正确的B.(1)和(3)都是正确的C.(3)和(4)都是正确的D.(1)和(4)都是正确的[解析]由于NA＝μ/m＝vρ/m．而v是一摩尔水蒸气的体积，并非一摩尔水的体积．所以，一摩尔水蒸气的体积v大于NAv0.因此答案B是正确的．[答案]B[说明]本题要求考生掌握阿伏加德罗常数与物质内部微观物理量之间的关系．例3在标准状况下，水蒸气分子的间距约是水分子直径的()A．1倍 B．10倍C．100倍 D．1000倍[答案]B[说明]应该记住固体、液体分子的间距与分子直径的数量级相同，均为10－10m，通常情况下，气体分子间距的数量级约为10－9m.例4(2010·四川卷，14)下列现象中不能说明分子间存在分子力的是()A．两铅块能被压合在一起B．钢绳不易被拉断C．水不容易被压缩D．空气容易被压缩[解析]空气容易压缩是因为分子间距大，而水不容易压缩是因为分子间距小轻微压缩都使分子力表现为斥力．ABC说明存在分子力．[答案]D例5(2010·上海物理)分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化，则()A.分子间引力随分子间距的增大而增大B.分子间斥力随分子间距的减小而增大C.分子间相互作用力随分子间距的增大而增大D.分子间相互作用力随分子间距的减小而增大[解析]根据分子力和分子间距离关系图象，如图，选B.[答案]B[说明]本题考查分子间相互作用力随分子间距的变化．练习1：(2010·全国卷1,19)右图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线．下列说法正确的是()A．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力B．当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力C．当r等于r2时，分子间的作用力为零D．在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功[解析]分子间距等于r0时分子势能最小，即r0＝r2.当r小于r1时分子力表现为斥力；当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力；当r大于r2时分子力表现为引力，A错BC对．在r由r1变到r2的过程中，分子斥力做正功分子势能减小，D错误．[答案]BC例6(2010·全国卷Ⅱ)如图，一绝热容器被隔板K隔开a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中()A．气体对外界做功，内能减少B．气体不做功，内能不变C．气体压强变小，温度降低D．气体压强变小，温度不变[解析]绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q＝0.稀薄气体向真空扩散没有做功，W＝0.根据热力学第一定律稀薄气体的内能不变，则温度不变．稀薄气体扩散体积增大，压强必然减小．BD正确．[答案]BD练习2：(2010·广东卷，14)右图是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，缸内气体的()A.温度升高，内能增加600JB.温度升高，内能减少200JC.温度降低，内能增加600JD.温度降低，内能减少200J[解析]由W＋Q＝ΔU得：ΔU＝800J＋(－200J)＝600J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU>0故温度升高，选A.[答案]A例7电冰箱是一种类型的制冷机，是用机械的方式制造